CN110600168B - 应用于电动汽车快速充电的液体冷却充电电缆及冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种应用于电动汽车快速充电的液体冷却充电电缆及冷却系统，设置于充电枪和充电桩电子控制单元之间，包括若干同向分布的电力缆芯、信号控制缆芯和信号传输缆芯，沿分布方向设置有回水管和进水管，所述进水管呈螺旋结构，螺旋结构的内部能够容纳上述缆芯，沿电缆分布方向上设置有若干支撑各缆芯和水管的保持架，保持架外侧设置有保护层，保护层内各元件之间填充导热材料，大幅度提高了充电电缆的冷却效果。

Description

应用于电动汽车快速充电的液体冷却充电电缆及冷却系统
技术领域
本公开属于新能源汽车技术领域，具体涉及一种应用于电动汽车快速充电的液体冷却充电电缆及冷却系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
与传统燃油车相比，电动汽车具有零排放、能源利用率高、振动噪声小和结构简单等诸多优点，近年来获得了迅速的发展和越来越广泛的应用。但是，充电速度较慢、充电时间过长带来的充电焦虑问题是目前制约电动汽车进一步推广和普及的主要瓶颈之一。而解决用户充电焦虑的关键在于通过不断提高充电速度和充电功率，引入快速充电技术，以达到大幅度缩短电动汽车充电时间的目的。然而快速充电技术所需的较大的充电电流势必会引起充电电缆发热量的大幅度增加，如果不将这些热量快速导出，可能会造成充电电缆的温度过高，进而导致缆芯材料的熔化和绝缘材料的失效，甚至引发安全事故。同时，随着充电速度的提高和电动汽车保有量的增加，充电桩的使用频率也越来越高，高频率反复使用的充电电缆容易产生更严重的发热问题。
中国国家知识产权局专利局于2018年1月9日公开了一项授权公告号为CN206864235U，名称为“一种充电桩电缆”的专利；该技术通过空心圆柱形保护架固定和支撑各个缆芯，提高了充电电缆的抗弯折性能；但是该充电电缆采用自然冷却的散热方式，当充电电流较大时充电电缆的热量无法快速导出，难以适用于快速充电和高频率使用的电动汽车充电桩。中国国家知识产权局专利局于2018年2月6日公开了一项授权公告号为CN206976044U，名称为“一种可冷却式电动汽车直流充电桩电缆”的专利；该技术采用两根平行于电力缆芯布置的液冷直管，提高了充电电缆的散热性能；但是散热接触面积和冷却管长度都较小，散热能力有限，难以应对快速充电和高频率使用时可能出现的极端高温工况。
发明内容
本公开为了解决上述问题，提出了一种应用于电动汽车快速充电的液体冷却充电电缆及冷却系统，本公开大幅度提高了不同充电工况和环境温度下的冷却效果。
根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：
一种应用于电动汽车快速充电的液体冷却充电电缆，设置于充电枪和充电桩之间，包括若干同向分布的电力缆芯、信号控制缆芯和信号传输缆芯，沿分布方向设置有回水管和进水管，所述进水管呈螺旋结构，螺旋结构的内部能够容纳上述缆芯，沿电缆分布方向上设置有若干支撑各缆芯和水管的保持架，保持架外侧设置有保护层，保护层内各元件之间的间隙内填充有导热硅胶。
作为可选择的实施方式，所述电力缆芯为外部包裹导热绝缘层的导体，用于传输充电电流；
所述信号控制缆芯包括信号控制通信线缆及在线缆外部依次包裹的屏蔽层和隔热层，用于传输电流控制信号；
所述信号传输缆芯包括信号传输通信线缆及其外部包裹的隔热层，用于传输电池状态信号。
作为可选择的实施方式，所述进水管和回水管均为导热材料制成的软管，共同组成充电电缆内部的冷却管；所述进水管和回水管的尾端通过过渡管连接。
作为可选择的实施方式，所述回水管沿着充电电缆的轴线布置，所述电力缆芯、信号控制缆芯和信号传输缆芯以回水管为轴心分布。
作为可选择的实施方式，所述保持架包括圆盘状支架，其外径与保护层内径相匹配，每个保持架上有多个贯穿式圆孔，圆孔的内径分别与电力缆芯、信号控制缆芯、信号传输缆芯、进水管以及回水管的外径相匹配，起到固定和支撑的作用。
作为可选择的实施方式，保护层至少包括一层。当然，根据电缆的应用场合等，保护层可以有多层。同时，保护层内可以部分填充相变材料，以进一步达到有助温度延缓以及保护的作用。
应用于电动汽车快速充电的液体冷却系统，包括上述冷却充电电缆、调速水泵、散热水箱和温度传感器，所述调速水泵的入口与散热水箱的出口相连，所述调速水泵的出口与进水管入口连接，回水管出口与散热水箱的入口相连，温度传感器安装在回水管出口处，调速水泵和温度传感器分别与充电桩电子控制单元ECU相连组成控制电路。
作为可选择的实施方式，所述散热水箱为回水管和进水管提供冷却液，所述冷却液为相变材料微胶囊悬浮液，其中相变材料微胶囊包括壳体，所述壳体内填充有石蜡相变材料，相变材料微胶囊以一定比例均匀地分布在基液中构成相变材料微胶囊悬浮液。
一种电动汽车充电系统，包括充电桩、充电枪和上述液体冷却系统。
与现有技术相比，本公开的有益效果为：
1、通过液体冷却方式大幅度提高了充电电缆的冷却效果。
2、通过螺旋状缠绕在各缆芯外部的进水管和直线状布置在各缆芯中间的回水管，增大了换热面积，进一步提高了充电电缆的冷却效果。
3、通过充电电缆中填充的导热硅胶将电力缆芯产生的热量快速传导至冷却管，增强了电力缆芯和冷却管之间的热传导，更进一步提高了充电电缆的冷却效果。
4、充电桩电子控制单元ECU可以根据温度传感器的信号控制调速水泵的转速，从而实时控制充电电缆内的温度，保证在不同充电工况和环境温度下都具有良好的冷却效果。
5、通过进水管和回水管之间的热交换，使充电电缆在长度的各个位置上都能获得相近的冷却效果，提高了充电电缆的温度一致性。
6、在极端高温工况下，冷却液中的相变材料微胶囊可以通过相变材料的融化吸收热量，阻止充电电缆温度的进一步升高，减少了事故的发生，提高了安全性。
7、高强度的保持架不仅可以固定冷却管和各缆芯的相对位置，保证冷却的可靠性，而且可以提高充电电缆的抗碾压性能；保持架的间距布置不仅可以节约成本，而且使充电电缆具有良好的可弯曲性能。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为本实施例外观结构示意图的轴测图；
图2为本实施例外观结构示意图在另一个角度的轴测图；
图3为本实施例的整体结构示意图的分解视图；
图4为本实施例进水管、回水管、过渡管、保持架、电力缆芯、信号控制缆芯和信号传输缆芯组合安装后的结构示意图的轴测图；
图5为本实施例进水管、回水管、过渡管、保持架、电力缆芯、信号控制缆芯和信号传输缆芯组合安装后的结构示意图在另一个角度的轴测图；
图6为本实施例外观结构示意图的正视图；
图7为图6中A方向的视图；
图8为图6中B方向的视图；
图9为本实施例冷却液的组成示意图；
图10为本实施例冷却循环系统的原理示意图；
图11为本实施例控制电路的原理示意图。
其中：1、保护层；
2、进水管；
3、信号控制缆芯 3-1、信号控制通信线缆 3-2、信号控制通信线缆 3-3、信号控制屏蔽层 3-4、信号控制隔热层；
4-1、电力缆芯 4-2、电力缆芯；
5、回水管 5-1、温度传感器；
6、信号传输缆芯 6-1、信号传输通信线缆 6-2、信号传输通信线缆 6-3、信号传输隔热层；
7-1、保持架 7-2、保持架 7-3、保持架 7-4、保持架；
8、过渡管；
9、调速水泵；
10、充电桩电子控制单元ECU；
11、散热水箱；
12、相变材料微胶囊悬浮液 12-1、基液 12-2、相变材料微胶囊 12-2-1、外壳 12-2-2、石蜡相变材料。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。
本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。
如图1、图2、图3、图4、图5、图9、图10、图11所示，本实施例安装在电动汽车充电站的充电桩上，并与充电枪和充电桩电子控制单元ECU10相连接，其技术方案由保护层1，电力缆芯4-1和4-2，信号控制缆芯3，信号传输缆芯6，进水管2，过渡管8，回水管5，冷却液12，调速水泵9，温度传感器5-1，保持架7-1、7-2、7-3和7-4，导热硅胶构成；
如图1、图2、图3、图6所示，保护层1由耐磨耐热的绝缘材料制成，用于包裹电力缆芯4-1和4-2、信号控制缆芯3、信号传输缆芯6、进水管2、过渡管8、回水管5以及保持架7-1、7-2、7-3和7-4。
当然，在其他实施例中，可以对保护层进行进一步的优化，如设置有多层，以增强保护性、耐磨性，或者，在保护层内部分设置/填充相变材料，延缓电缆的温度增加等。这些均属于本领域技术人员容易想到的，理应属于本公开的保护范围。
如图3、图4、图5、图6、图7、图8所示，电力缆芯4-1和4-2为两根包裹导热绝缘层的导体，用于传输充电电流；信号控制缆芯3由信号控制通信线缆3-1、3-2及其外部包裹的屏蔽层3-3和隔热层3-4组成(屏蔽层3-3在内侧而隔热层3-4在外侧)，用于传输电流控制信号；信号传输缆芯6由信号传输通信线缆6-1、6-2及其外部包裹的隔热层6-3组成，用于传输电池状态信号。
当然，在其他实施例中，电力缆芯、信号控制缆芯和信号传输缆芯不一定是两根，可以根据被控对象的不同进行增减，这些均属于本领域技术人员容易想到的，理应属于本公开的保护范围。
如图3、图4、图5、图9、图10所示，进水管2、过渡管8和回水管5均为导热材料制成的软管，共同组成了充电电缆内部的冷却管；进水管2缠绕在电力缆芯4-1和4-2、信号控制缆芯3、信号传输缆芯6的周围，进水管2的入口与安装在充电桩附近的调速水泵9的出口相连；回水管5沿着充电电缆的轴线返回，回水管5的出口与安装在充电桩附近的散热水箱11的入口相连；过渡管8位于充电电缆的尾部，用于连接进水管2的出口与回水管5的入口。
如图3、图4、图8、图10、图11所示，调速水泵9的入口与散热水箱11的出口相连，温度传感器5-1安装在回水管5的出口处。进水管2、过渡管8、回水管5、散热水箱11和调速水泵9共同组成冷却循环系统。调速水泵9和温度传感器5-1分别与充电桩电子控制单元ECU10相连组成控制电路。
如图3、图4、图5、图6、图7、图8所示，保持架7-1、7-2、7-3和7-4是由高强度材料制成的圆盘状支架，其外径与保护层1的内径相匹配；每个保持架上均有多个贯穿式圆孔，圆孔的内径与电力缆芯4-1和4-2、信号控制缆芯3、信号传输缆芯6、进水管2以及回水管5的外径相匹配，起到固定和支撑的作用；
如图1、图2、图3、图4、图5所示，分别将电力缆芯4-1和4-2、信号控制缆芯3和信号传输缆芯6、进水管2和回水管5安装进均匀布置的保持架7-1、7-2、7-3和7-4的对应圆孔中组成装配体，再将该装配体安装进保护层1；保护层1内电力缆芯4-1和4-2、信号控制缆芯3、信号传输缆芯6、冷却管和保持架7-1、7-2、7-3和7-4之间的空隙中填充导热硅胶；
如图9所示，冷却管中采用的冷却液为相变材料微胶囊悬浮液12，其中相变材料微胶囊12-2由外壳12-2-1和内部的石蜡相变材料12-2-2组成，所采用的石蜡相变材料12-2-2的融点为充电缆线的安全温度范围的上限。相变材料微胶囊12-2以一定比例均匀地分布在乙二醇和水组成的基液12-1中，构成相变材料微胶囊悬浮液12；
充电电缆的尾部(过渡管8所在的一端)直接与充电枪相连接，充电电缆的头部(进水管2的入口和回水管5的出口所在的一端)可以根据需要进行延长，然后与充电桩连接。
本实施例应用于电动汽车充电桩的运行过程：
在充电桩对电动汽车进行充电时，充电桩电子控制单元ECU10开启调速水泵9，将低温冷却液以默认速度通入进水管2中，然后冷却液依次流经过渡管8和回水管5并不断吸收电力缆芯产生的热量，最终高温冷却液从回水管5的出口流回散热水箱11，散热后变成低温冷却液进行下一个循环。当电力缆芯4-1和4-2的温度升高时，充电电缆内部填充的导热硅胶可以将电力缆芯4-1和4-2产生的热量快速传导给冷却管中的冷却液，从而提高了充电电缆的冷却效果。在冷却液流动的过程中，温度不断升高，通过进水管和回水管之间的热交换，使充电电缆在长度的各个位置上都能获得相近的冷却效果，提高了充电电缆的温度一致性。
在充电过程中，信号传输缆芯6用于保持充电桩电子控制单元ECU10和电动汽车电池管理系统之间的信息传递。根据信号传输缆芯6传递的电池状态信息和电动汽车的充电策略，充电桩电子控制单元ECU10可以通过信号控制缆芯3控制电力缆芯4-1和4-2中的充电电流。
温度传感器5-1实时监控回水管5的出口处的冷却液温度并发送给充电桩电子控制单元ECU10，当该温度过高时，代表电力缆芯4-1和4-2的温度过高，此时充电桩电子控制单元ECU10通过控制调速水泵9的转速增大冷却液的流量，使电力缆芯4-1和4-2的温度降低。温度传感器5-1的实时监控与充电桩电子控制单元ECU10对调速水泵9的实时调节能够保证在不同充电工况和环境温度下都具有良好的冷却效果。
在极端高温工况下，当调速水泵9已达到最大流量而电力缆芯4-1和4-2的温度仍达到安全温度范围的上限时，冷却液中相变材料微胶囊12-2内的石蜡相变材料12-2-2发生融化并吸收热量，并且在该过程中维持冷却液的温度不变，有效阻止了充电电缆温度的进一步升高，提高了充电电缆的安全性。同时充电桩电子控制单元ECU10切断电力缆芯4-1和4-2中的充电电流，强制停止充电。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种应用于电动汽车快速充电的液体冷却充电电缆，其特征是：设置于充电枪和充电桩电子控制单元之间，包括若干同向分布的电力缆芯、信号控制缆芯和信号传输缆芯，沿分布方向设置有回水管和进水管，所述进水管呈螺旋结构，螺旋结构的内部能够容纳上述缆芯，沿电缆分布方向上设置有若干支撑各缆芯和水管的保持架，保持架外侧设置有保护层，保护层内各元件之间间隙填充有导热硅胶；
所述回水管沿着充电电缆的轴线布置，所述电力缆芯、信号控制缆芯和信号传输缆芯以回水管为轴心分布；
每个保持架上有多个贯穿式圆孔，圆孔的内径分别与电力缆芯、信号控制缆芯、信号传输缆芯、进水管以及回水管的外径相匹配，起到固定和支撑的作用。
2.如权利要求1所述的一种应用于电动汽车快速充电的液体冷却充电电缆，其特征是：所述电力缆芯为外部包裹导热绝缘层的导体，用于传输充电电流。
3.如权利要求1所述的一种应用于电动汽车快速充电的液体冷却充电电缆，其特征是：所述信号控制缆芯包括信号控制通信线缆及在线缆外部依次包裹的屏蔽层和隔热层，用于传输电流控制信号；
所述信号传输缆芯包括信号传输通信线缆及其外部包裹的隔热层，用于传输电池状态信号。
4.如权利要求1所述的一种应用于电动汽车快速充电的液体冷却充电电缆，其特征是：所述进水管和回水管均为导热材料制成的软管，共同组成充电电缆内部的冷却管；所述进水管和回水管的尾端通过过渡管连接。
5.如权利要求1所述的一种应用于电动汽车快速充电的液体冷却充电电缆，其特征是：所述保持架外径与保护层内径相匹配。
6.如权利要求1所述的一种应用于电动汽车快速充电的液体冷却充电电缆，其特征是：所述保护层至少包括一层。
7.应用于电动汽车快速充电的液体冷却系统，其特征是：包括权利要求1-6中任一项所述的冷却充电电缆、调速水泵、散热水箱和温度传感器，所述调速水泵的入口与散热水箱的出口相连，所述调速水泵的出口与进水管入口连接，回水管出口与散热水箱的入口相连，温度传感器安装在回水管出口处，调速水泵和温度传感器分别与充电桩电子控制单元ECU相连组成控制电路；
所述散热水箱为回水管和进水管提供冷却液，所述冷却液为相变材料微胶囊悬浮液，其中相变材料微胶囊包括壳体，所述壳体内填充有石蜡相变材料；
当调速水泵已达到最大流量而电力缆芯温度仍达到安全温度范围的上限时，冷却液中相变材料微胶囊内的石蜡相变材料发生融化并吸收热量。
8.如权利要求7所述的系统，其特征是：所述相变材料微胶囊以一定比例均匀地分布在基液中构成相变材料微胶囊悬浮液。
9.一种电动汽车充电系统，其特征是：包括充电桩、充电枪和权利要求7或8所述的液体冷却系统。
CN201910871278.9A 2019-09-16 2019-09-16 应用于电动汽车快速充电的液体冷却充电电缆及冷却系统 Active CN110600168B (zh)

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